Baterias de metal de lítio de estado sólido

Uma abordagem promissora envolve o uso de eletrólitos de estado sólido em vez de eletrólitos líquidos. Os eletrólitos de estado sólido não são inflamáveis ​​e podem operar em temperaturas mais altas, aumentando potencialmente a segurança e a vida útil das baterias. Além disso, os eletrólitos de estado sólido podem permitir o uso de ânodos metálicos de lítio, que possuem uma densidade de energia mais alta do que os ânodos de grafite tradicionais.

Desafios de pesquisa:
- Desenvolvimento de eletrólitos de estado sólido com alta condutividade iônica
- Garantir um bom contato entre o eletrólito de estado sólido e os eletrodos
- Resolver problemas relacionados à degradação e vida útil da bateria

Benefícios potenciais:
- Maior densidade de energia e maior segurança em comparação com as atuais baterias de íons de lítio
- Vida útil mais longa e faixa de temperatura operacional mais ampla
- Redução do risco de fuga térmica e incêndios

Linha do tempo:
- Os esforços de investigação e desenvolvimento estão em curso, com algumas baterias de metal de lítio em estado sólido já a atingir a fase de produção piloto.
- A comercialização está prevista para meados da década de 2020.

Baterias de lítio-enxofre

As baterias de lítio-enxofre oferecem potencial para densidade de energia ainda maior do que as baterias de íon-lítio, devido à alta capacidade específica teórica do enxofre (1675 mAh/g). O enxofre também é abundante e de baixo custo, o que o torna um material catódico atraente.

Desafios:
- O enxofre sofre reações eletroquímicas complexas durante a carga/descarga, levando ao enfraquecimento da capacidade e à redução do ciclo de vida.
- A dissolução de intermediários de polissulfeto pode causar problemas de estabilidade e desempenho da bateria.
- A baixa condutividade elétrica do enxofre requer o uso de aditivos condutores.

Benefícios potenciais:
- Densidade de energia significativamente maior do que as atuais baterias de íons de lítio
- Menor custo devido ao uso de enxofre como material catódico
- Potencial para maior vida útil e maior segurança

Linha do tempo:
- Os esforços de pesquisa e desenvolvimento estão em andamento, com algumas baterias de lítio-enxofre apresentando desempenho promissor em testes de laboratório.
- A comercialização poderá demorar vários anos, pois os desafios relacionados com a estabilidade e a longevidade terão de ser ultrapassados.

Baterias de lítio-ar

As baterias de lítio-ar têm potencial para atingir densidades de energia extremamente altas, pois usam oxigênio do ar como material catódico. Isto poderia permitir reduções significativas de peso e volume em comparação com as baterias tradicionais de íons de lítio.

Desafios de pesquisa:
- As baterias de lítio-ar são altamente sensíveis à umidade e impurezas do ar, causando problemas de estabilidade e segurança.
- O processo de carregamento envolve a formação de dendritos de lítio, que podem causar curto-circuitos e falha da bateria.
- A vida do ciclo e a reversibilidade da reacção de redução do oxigénio precisam de ser melhoradas.

Benefícios potenciais:
- Densidade de energia sem precedentes, potencialmente revolucionando a autonomia dos veículos elétricos e as capacidades dos dispositivos portáteis
- Uso de oxigênio abundante e livremente disponível do ar como material catódico

Linha do tempo:
- As baterias de lítio-ar ainda estão nos estágios iniciais de pesquisa e desenvolvimento. Desafios significativos precisam ser enfrentados antes que possam ser considerados para aplicações comerciais.